由于受材料淬透性、工件形状结构、大小和冶金质量的条件的限制，淬火条件和开裂是铸钢件生产中常见的缺陷。为减缓淬火应力、避免热处理变形和开裂，大型复杂结构的铸钢件不得不采用正火工艺替代常规水或油淬热处理工艺，其结果是铸件的组织和力学性能难以达到预定的热处理要求。选用高淬透性空冷微变形合金钢作为铸钢件材料是避免出现上述缺陷的方法之一，如H₁₁,H₁₃,C_r12，MoV、AISI A2和AISI A6等。然而，这类空冷微变形钢中贵重合金元素（如Mo和V等）含量普遍较高，其成本和价格是生产厂家和用户难以接受的。因此，经济实用型空淬钢待开发。

本文选用0.45～0.70C-2.50Cr-1.65Mn-1.25Si-0.20Mo-0.15Ti系铁基合金作为经济型空淬钢的主体成分，利用淬冷温度场有限元计算法和Bhadeshina等建立的奥氏体分解模型分别计算了不同直径钢件空冷曲线和上述主体成分的连续转变曲线（CCT曲线），通过两者相对位置的对比分析，确定了经济型空淬钢的淬火极限尺寸，并采用试验法进行相关验证工作，以期为该类材料的开发提供一定的依据。

合金设计及计算

选择CrMnSiMo系合金作为经济型空淬钢的主合金化元素，其作用和含量分别阐明如下：

（1）碳碳是影响钢淬硬性和强韧性的主要元素，具体含量根据最终热处理硬度和塑、韧性要求确定。一般来讲，碳含量接近钢的共析成分时，由于先共析相数量较少，此时过冷奥氏体具有较高的稳定性，器淬透性较好。因此，从强调淬硬性和淬透性角度出发，经济型空淬钢的碳含量上限可取0.70%左右；而从强调塑性和韧性角度出发，该钢的碳含量下限可取0.45%左右。

（2）铬一定数量的铬含量可以使钢的高温珠光体型转变和中温贝氏体转变区域分开，并较大幅度地提高钢的淬透性。然而，铬含量过高时，由于形成大量铬的碳化物（如M23C6和M7C3）而对钢的淬透性和塑、韧性产生负面影响，同时造成奥氏体化温度提高。综合考虑，所设计的空淬钢中格的名义含量为2.5%。

（3）锰奥氏体化加热过程中，绝大部分锰能溶于面心立方晶格的奥氏体中，显著推迟高温珠光体型转变并增强其贝氏体的形成能了。合适的锰含量与钢中铬、钼和硅等配合，可使钢在缓慢的连续冷却条件下获得贝氏体/马氏体复相组织，但过量的锰含量容易导致奥氏体晶粒粗大和残余奥氏体数量增多。在此设计钢中锰的名义含量取1.65%

（4）硅硅在钢中起固溶强化作用，可以抑制或减缓过冷奥氏体的碳化物分解，如钢中加入1.0%～1.5%Si后，贝氏体索体条间将出现连续的奥氏体膜，其分布方式可使裂纹分支和纯化，故设计钢中硅的名义含量定位1.25%

（5）钼少量钼就能显著改善钢的淬透性，同时亦可防止淬火钢高温回火脆性的发生。但过高的钼含量不仅会导致钢的生产成本上升，而且由于形成碳化物而使钢的奥氏体化温度提高。因此，基于经济性考虑，设计钢中钼的含量为0.20%

其它元素设计钢中分别加入～0.15%Ti和微凉的硼以起到细化晶粒和提高贝氏体/马氏体淬透性的作用。

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2009.9.7